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相比传统的异步牵引电机,永磁同步牵引电机具有效率高、转速平稳、结构简单等优势,被认为是下一代轨道交通牵引电机发展的方向。轨道交通永磁同步牵引电机功率高达数百千瓦,属于大功率电机。为了降低逆变器开关器件的开关损耗,逆变器必须工作在低开关频率下,这将给电机调速系统的设计带来一系列问题。本文基于矢量控制的基础理论,在考虑逆变器延时的情况下对低开关频率下永磁同步牵引电机调速系统进行了深入研究。首先,本文建立了永磁同步电机在同步旋转d-q坐标系下的标量数学模型以及复矢量数学模型,介绍了电压前馈解耦的双闭环PI控制系统设计方法,在MATLAB/Simulink软件环境下进行了相关仿真,并利用复矢量数学模型对电流环控制系统进行性能分析,得出结论是该方法不适用于低开关频率下的永磁同步电机调速系统。接着,本文选择电流PWM预测控制(PWM Predictive Control,简称PPC)作为本文研究的控制方法,通过分析发现传统电流PPC在建立预测模型时没有考虑逆变器延时,导致低开关频率时控制性能不佳。本文考虑逆变器延时的问题,对逆变器、永磁同步电机进行一体化离散域复矢量建模,基于该模型提出了一种改进电流PPC控制方法。在MATLAB/Simulink软件环境下搭建了相关仿真模型进行仿真,仿真结果表明改进电流PPC控制系统比传统双闭环PI控制系统、传统电流PPC控制系统有更好的动态性能。同时,基于仿真结果的分析,采用电流误差积分补偿的方法消除电流PPC控制系统电流静差,仿真表明在改进电流PPC控制系统中消除电流静差效果良好,且一定电流误差范围内对系统性能影响不大。利用自动控制理论对传统、改进两种电流PPC控制系统性能进行对比分析,分析结果进一步验证了改进方法的优势,同时对改进方法进行参数敏感性分析,分析结果表明改进控制系统具有良好的鲁棒性。最后,为了验证理论分析的正确性,搭建了基于NI cRIO-9033控制器的永磁同步电机实验平台。基于该实验平台进行了低开关频率下的永磁同步电机调速实验,实验中对比了传统、改进两种电流PPC控制方法的控制性能,实验结果验证了理论分析的正确性。